JP5994268B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

例えば減速機の駆動源として用いられる回転電機は、通常、有底円筒形のケースを有し、そのケース内には、回転軸を有するロータと、ロータの外周に配置されたステータが収容されている。ケースの開口部には、回転軸が通るフランジや蓋部が配置され、ケース内には、回転軸を支持する軸受や、ロータの回転位置を検出するためのレゾルバセンサが設けられている。

また、回転電機は、外部電力をケース内のステータに供給するためのバスバーと、バスバーをステータに接続するための端子台を備えている。

バスバーの端子台は、ケース内であってステータの前方側（フランジ側）に形成された空間に設けられている（特許文献１参照）。

特許第４３２０３３５号公報

しかしながら、上述の回転電機の場合、ステータの前方側に端子台設置用の大きな空間が必要になるうえ、その前方側に、軸受やレゾルバセンサを備える蓋部等が配置されるため、回転電機全体の軸方向の寸法が長くなる。

また、回転電機の組み立て時に、端子台とステータをケースに固定した後にロータをステータ内に挿入できるように、端子台がロータの外径より大きい環状に形成されており、回転電機の径方向の寸法も大きくなる。

かかる回転電機は、重量化し、コストも増大する。また、端子台の高さ分とステータコイルエンドの巻き太り部の高さ分のシャフトの長さが長くなり、慣性モーメントが大きくなるため、回転抵抗が増大し回転追随性が悪くなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、回転電機を軸方向及び径方向にコンパクト化することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、回転軸を有するロータと当該ロータの外周に配置されたステータとを収容する有底円筒形状のケースと、前記ケースの開口部に配置され、回転軸が中心を通るフランジと、外部から前記ステータに通じ、前記ステータに給電を行うためのバスバーと、を有し、前記フランジの前記ケース内に対向する部分に、前記バスバーの一部が埋設され、前記バスバーは、前記回転軸の軸周りに配置される円弧部と、前記円弧部から放射状に外側に突出し、前記ステータの給電端子に通じるステータ側端子部と、前記円弧部から前記フランジの外部に通じる外部側端子部と、を有し、少なくとも前記円弧部が、前記フランジにおける前記ステータよりも回転軸側の位置に埋設されている、回転電機である。

本発明によれば、バスバーの一部がフランジに埋設されているので、従来の回転電機のようにバスバーの端子台を設置するための空間を設ける必要がなく、その分回転電機の軸方向の寸法を小さくできる。また、ロータとステータをケース内に固定した後、ケースの開口部にフランジと共にバスバーを取り付けることができるので、フランジにロータを挿入するための空間を設ける必要がなく、かつバスバーをコイルエンド内径側に配置でき、回転電機の径方向の寸法を小さくできる。よって、回転電機のコンパクト化が図られる。

また、フランジにバスバーがコンパクトに設けられるので、回転電機全体のコンパクト化が図られる。

前記ステータは複数相を有し、前記フランジには、前記ステータの各相に対応するバスバーが設けられており、各相に対応するバスバーの円弧部は、軸方向に積層されて配置されていてもよい。かかる場合、フランジ内に各相のバスバーをコンパクトに埋設できるので、回転電機全体のコンパクト化が図られる。

ステータの給電端子は、前記ステータのフランジ側の端面における回転軸寄りに形成されていてもよい。かかる場合、バスバーをステータの回転軸寄りに接続できるので、フランジのバスバーの埋設部分をより回転軸側に設けることができ、それによって回転電機の径方向のコンパクト化が図られる。

前記フランジの前記ステータの給電端子に対応する部分には、貫通孔が形成されていてもよい。かかる場合、フランジの外側からステータの給電端子とバスバーのステータ側端子部とを溶接できる。

前記貫通孔は、前記回転軸周りの同一円周上に複数配置されていてもよい。かかる場合、フランジの外側からのステータの給電端子とバスバーのステータ側端子部との溶接を好適に行うことができる。

前記フランジの前記バスバーの埋設部分の内周側には、前記回転軸を支持する軸受が設けられていてもよい。かかる場合、軸受とバスバーの端子台が軸方向に沿って並べて配置される従来に比べて、回転電機の軸方向の寸法がさらに短くなり、回転電機のコンパクト化が図られる。

前記フランジの内周面には、回転軸の回転位置を検出する回転位置検出センサが設けられていてもよい。かかる場合、回転位置検出センサをフランジの外側に設ける場合に比べて、回転電機のコンパクト化が図られる。

本発明によれば、回転電機のコンパクト化が図られるので、軽量化及びコストの低減が図られる。また、コンパクト化により回転電機の回転抵抗を低減できるので、回転追従性を向上できる。

回転電機の構成の概略を示す断面図である。 回転電機の前面図である。 回転電機のフランジ周辺を拡大した断面図である。 センサカバーを外した状態の回転電機の前面図である。 Ｕ相のバスバーの形状を示す説明図である。 Ｖ相のバスバーの形状を示す説明図である。 Ｗ相のバスバーの形状を示す説明図である。 制御装置を取り付けた状態の回転電機の前面図である。 回転電機を減速機に取り付けた状態を示す説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本実施の形態にかかる回転電機１の縦断面の説明図であり、図２は、回転電機１の前面図である。

回転電機１は、図１に示すように、例えば、ロータ１０及びステータ１１を収容する有底円筒形状のケース１２と、ケース１１の開口部に配置されるフランジ１３と、外部からステータ１１に通じ、ステータ１１に給電するためのバスバー１４を有している。

ロータ１０は、中心に回転軸Ａを有し、ステータ１１は、ロータ１０の外周に配置されている。

ステータ１１は、ケース１２の内壁面に固定されている。ステータ１１は、軸方向に積層された磁性体であるステータコア２０を有している。ステータコア２０には、インシュレータ２１が挿入され、インシュレータ２１には、ステータコイル２２が巻き付けられている。回転電機１は、３相モータであり、ステータコイル２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に分けて巻かれている。ステータコイル２２には、相毎にフロント（図１の左方向）側に突出する円柱状の複数の給電端子２３が設けられている。各相の複数の給電端子２３は、回転軸Ａ周りの同一円周上に設けられている。また、給電端子２３は、ステータ１１のフロント側の端面において中央より回転軸Ａ寄り（回転軸Ａに近い位置）に設けられている。給電端子２３は、ステータコイル２２の巻き始め、巻き終わりであり、それぞれについて別端子を設けてもよい。

ロータ１０は、回転軸Ａの周りに固定されたロータコアを有している。ロータコアには、セグメントマグネット又はリングマグネットが設置されている。ロータ１０は、ステータ１１に給電することによって生じた磁界によって回転する。

ケース１２のリア側（図１の右側）の底部中央には、底凹部１２ａが形成され、当該底凹部１２ａには、回転軸Ａのリア側を支持する軸受３０が設けられている。ケース１２のフロント側の開口部には、径方向の外方に開く鍔部１２ｂが形成されている。鍔部１２ｂには、ボルト３１が通る図示しない孔が形成されている。

フランジ１３は、例えばケース１２の開口部を覆うような略円盤状に形成されている。フランジ１３の中央には、回転軸Ａが通る中央孔４０が形成されている。例えばフランジ１３は、中央孔４０を形成し軸方向に幅のある環状の内周部５０と、内周部５０から径方向の外側に広がる環状の外周部５１を備えている。内周部５０は、例えば樹脂、例えば強度や壊れにくさが特に要求される部分に使用されるエンジニアリング・プラスチックのＰＡ６、ＰＡ６６（ポリアミド（polyamide））や、さらに高い熱変形温度と長期使用できる特性を持つスーパーエンジニアリング・プラスチックのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド（polyphenylene Sulfide））、ＰＳＦ（ポリサルホン（polysulfone））、ＰＡＲ（非晶ポリアリレート（polyarylate））、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド（polyetherimide））により形成されている。また、外周部５１は、樹脂や金属等により形成されている。

内周部５０のケース１２内に対向する部分には、バスバー１４の一部が埋設されたバスバー埋設部６０が形成されている。バスバー埋設部６０は、例えばステータ１１の内周側に位置する。バスバー埋設部６０の内側には、図１及び図３に示すようにフロント側に開口する第１の凹部６１が形成され、第１の凹部６１には、回転軸Ａのフロント側を支持する軸受６２が設けられている。第１の凹部６１のフロント側には、第１の凹部６１よりも径が大きくフロント側に開口する第２の凹部６３が形成されている。第２の凹部６３には、回転位置センサとしてのレゾルバセンサ６４が設けられている。

レゾルバセンサ６４は、回転軸Ａに圧入された円筒状のレゾルバロータ７０と、レゾルバロータ７０の外周を囲み、第２の凹部６３に固定されたレゾルバステータ７１を有している。レゾルバステータ７１には、図４に示すように外部の出力部に通じるセンサハーネス７２が電気的に接続されている。なお、図４は、後述のセンサカバー８０を外した状態の回転電機１の前面図である。

フランジ１３のフロント面には、例えば図１〜図３に示すようにレゾルバセンサ６４を覆う円形のセンサカバー８０が設けられている。

図１及び図３に示すようにフランジ１３の外周部５１のリア側の面には、例えばステータ１１の前部が入り込む凹部９０が形成されている。凹部９０の底部には、フランジ１３を軸方向に貫通する複数の貫通孔９１が形成されている。貫通孔９１は、図４に示すようにステータ１１の給電端子２３に対応する位置である同一円周上に形成されている。

外周部５１の最外周には、回転電機１の取付け対象物に取り付けるための取付け孔１００が形成されている。取付け孔１００は、複数個所、例えば図２に示すように直径上で対向する２か所に形成されている。取付け孔１００にボルトを挿入して回転電機１を取付け対象物に取り付けることができる。

外周部５１の最外周のリア側の面には、ケース１２を取り付けるための図示しないボルト孔が設けられている。図１に示すようにフランジ１３のボルト孔とケース１２の鍔部１２ｂの孔とを合わせ、それらの孔にボルト３１を嵌めることによって、フランジ１３とケース１２が固定されている。

バスバー１４は、ステータ１１の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するバスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有している。図５、図６、図７に示すように各バスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、回転軸Ａの軸周りに配置される、内角が例えば１８０°以上の円弧部１３０と、円弧部１３０から放射状に外側に突出し、ステータ１１の給電端子２３に通じる複数のステータ側端子部１３１と、円弧部１３０の一端からフランジ１３の外部に通じる外部側端子部１３２を有している。

円弧部１３０は、フランジ１３のバスバー埋設部６０に埋め込まれている。なお、円弧部１３０は、樹脂の内周部５０にインサートモールドされて埋設されている。バスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの円弧部１３０は、図３に示すように内周部５０に互いに絶縁を保ちながら軸方向に積層されている。

また、図５〜図７に示すように各相のステータ側端子部１３１は、フランジ１３の前面から見て互いにずれた位置に形成され、ステータ側端子部１３１全体では同一円周上におよそ等間隔に形成されている。

ステータ側端子部１３１は、フランジ１３のバスバー埋設部６０から凹部９０内に突出している。ステータ側端子部１３１の先端は、例えば二股になっており、対応するステータ１１の給電端子２３を挟み、その状態で給電端子２３に溶接されている。図４に示すようにバスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃのステータ側端子部１３１とステータ１１の給電端子２３との接続部分は、フランジ１３の貫通孔９１の位置に対応しており、溶接は、貫通孔９１を通じて行うことができる。

各相の外部側端子部１３２は、平行に並べられフランジ１３の側面から外部に突出している。

以上のように構成された回転電機１の組み立ては、例えば次のように行われる。先ず、図１に示すケース１２内にステータ１１を固定し、ステータ１１の中心にロータ１０を挿入して固定する。次にフランジ１３をケース１２の開口部に取り付ける。このとき、バスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各ステータ側端子部１３１の二股にステータ１１の給電端子２３を嵌め込む。次にフランジ１３のフロント側から貫通孔９１を通じてステータ側端子部１３１と給電端子２３を溶接する。その後、フランジ１３のフロント側から第１の凹部６１に軸受６２を嵌め込み、第２の凹部６３にレゾルバセンサ６４を嵌め込む。その後、フランジ１３のフロント面にセンサカバー８０を取り付ける。

回転電機１の駆動時には、外部からバスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通じてステータ１１に電力を供給し磁界を発生させ、ロータ１０を回転させ回転軸Ａを回転させる。

本実施の形態によれば、バスバー１４の一部がフランジ１３に埋設されているので、従来のようにケース内に端子台を設置するための空間を設ける必要がなく、その分回転電機１の軸方向の寸法を小さくできる。また、ロータ１０とステータ１１をケース１２内に固定した後、ケース１２の開口部にフランジ１３と共にバスバー１４を取り付けることができるので、フランジ１３にロータ１０を挿入するための空間を設ける必要がなく、かつバスバー１４をコイルエンド内径側に配置でき、回転電機１の径方向の寸法も小さくできる。よって、回転電機１をコンパクト化できる。これにより、回転電機１の軽量化、低コスト化が図られる。また、コンパクト化によりロータ１０の回転抵抗が低減し、回転追従性を向上できる。

バスバー１４は、円弧部１３０と、ステータ側端子部１３１と、外部側端子部１３２を有し、円弧部１３０がフランジ１３に埋設されている。これにより、バスバー１４がフランジ１３にコンパクトに設けられるので、回転電機１全体のコンパクト化が図られる。

また、各相に対応するバスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの円弧部１３０は、軸方向に積層されて配置されているので、各相のバスバー１４ａ、１４ｂ、１４ｃをフランジ１３内にコンパクトに埋設でき、回転電機１全体のコンパクト化が図られる。

ステータ１１の給電端子２３は、フランジ１３側の端面の中央より回転軸Ａ側に形成されているので、給電端子２３に接続されるバスバー１４のステータ側端子部１３１を回転軸Ａ側に配置できる。これにより、フランジ１３のバスバー埋設部６０をより回転軸Ａ側に設けることができ、回転電機１の径方向のコンパクト化が図られる。

フランジ１３のステータ１１の給電端子２３と対応する部分には、貫通孔９１が形成されているので、フランジ１３の外側からステータ１１の給電端子２３とバスバー１４のステータ側端子部１３１とを溶接できる。

貫通孔９１は、回転軸Ａ周りの同一円周上に複数配置されているので、フランジ１３の外側からのステータ１１の給電端子２３とバスバー１４のステータ側端子部１３１との溶接を好適に行うことができる。

フランジ１３のバスバー埋設部６０の内周側には、回転軸Ａを支持する軸受６２が設けられているので、軸受とバスバーの端子台が軸方向に並べて配置される従来に比べて、回転電機１の軸方向の寸法がさらに短くなり、回転電機１をコンパクト化できる。

フランジ１３の内周には、レゾルバセンサ６４が設けられているので、フランジ１３の外側に設ける場合に比べて、回転電機１のコンパクト化が図られる。

以上の実施の形態で記載した回転電機１は、例えば図８に示すように制御装置（ＥＣＵ）１２０を接続して用いてもよい。制御装置１２０は、回転電機１の動作を制御する。制御装置１２０の本体は、回転電機１のフランジ１３にボルトなどによって固定されてもよいし、フランジ１３と一体成型されてもよい。この制御装置１２０は、回転電機１のバスバー１４やセンサハーネス７２と電気的に接続されている。制御装置１２０は、回転電機１のバスバー１４を通じたステータ１１への給電を制御することによって回転軸Ａの回転動作を制御できる。

図９は、制御装置１２０が取り付けられた回転電機１を減速機１３０に取り付けた例を示す。かかる場合、回転電機１のフランジ１３が、取付け孔１００を通るボルト１３１によって減速機１３０の取付け部１３２に固定され、回転電機１の回転軸Ａが減速機１３０の駆動軸１３３に接続されている。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 回転電機
１０ ロータ
１１ ステータ
１２ ケース
１３ フランジ
１４ バスバー
６０ バスバー埋設部
Ａ 回転軸

Claims (7)

1. 回転軸を有するロータと当該ロータの外周に配置されたステータとを収容する有底円筒形状のケースと、
   前記ケースの開口部に配置され、回転軸が中心を通るフランジと、
   外部から前記ステータに通じ、前記ステータに給電を行うためのバスバーと、を有し、
   前記フランジの前記ケース内に対向する部分に、前記バスバーの一部が埋設され、
   前記バスバーは、前記回転軸の軸周りに配置される円弧部と、前記円弧部から放射状に外側に突出し、前記ステータの給電端子に通じるステータ側端子部と、前記円弧部から前記フランジの外部に通じる外部側端子部と、を有し、
   少なくとも前記円弧部が、前記フランジにおける前記ステータよりも回転軸側の位置に埋設されている、回転電機。
2. 前記ステータは複数相を有し、
   前記フランジには、前記ステータの各相に対応するバスバーが設けられ、
   各相に対応するバスバーの円弧部は、軸方向に積層されて配置されている、請求項１に記載の回転電機。
3. ステータの給電端子は、前記ステータのフランジ側の端面における回転軸寄りに形成されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記フランジの前記ステータの給電端子に対応する部分には、貫通孔が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機。
5. 前記貫通孔は、前記回転軸周りの同一円周上に複数配置されている、請求項４に記載の回転電機。
6. 前記フランジの前記バスバーの埋設部分の内周側には、前記回転軸を支持する軸受が設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機。
7. 前記フランジの内周面には、回転軸の回転位置を検出する回転位置検出センサが設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機。

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